זיהוי פנים - המלחמה בקורונה מהצד הטכנולוגי

שנת 2020 הינה שנת מפנה בפריצת הדרך, היישום והמודעות לטכנולוגיה של מערכות זיהוי ביומטריות בזיהוי פנים - Face Recognition.

אבל לפני.... קצת היסטוריה:

בשנת 2009 כשהצענו ללקוחות שעון נוכחות בזיהוי טביעת אצבע חשבו שנפלנו מהחלל. כ-80% מהמכירות היו שעוני נוכחות ובקרות כניסה בכרטיס מגנטי או כרטיס קרבה. "מי צריך זיהוי אצבע?"....,"מה אנחנו ב-FBI?"..., "מה אתה משגע אותי עם מדע בדיוני!", אלו היו התגובות הנפוצות של לקוחות. שעוני נוכחות זיהוי אצבע היו אז טכנולוגיה (יחסית) חדשה ומאוד יקרה. חברות מתחרות מכרו עד אז שעונים ביומטריים במחירים של אלפי שקלים. לא עברו מספר שנים ושעוני נוכחות בזיהוי טביעת אצבע הפכו ל-95% מהמכירות. "מה פתאום כרטיס!", אמרו הלקוחות... "רק אצבע!". ואנחנו, כבר אז, בשנת 2011, היינו הראשונים בארץ להציג שעוני נוכחות ובקרות כניסה בזיהוי פנים. עם זאת, עד תחילת 2020, לקוחות עדיין חששו מטכנולוגיית זיהוי הפנים ושמעתי בדיוק את אותן תגובות ששמעתי לפני 10 שנים. "מה זיהוי פנים? זה לא מדע בדיוני?"

אז איך מלמדים מחשב לזהות פנים:

טכנולוגית זיהוי פנים משתמשת במאפיינים ייחודיים וניתוח של מבנה הפנים באמצעות מצלמה. בשלב הראשון, על אלגוריתם הזיהוי לזהות תמונת פנים בפריים ולהפריד בין הפנים לכל שאר הרקע. בדרך כלל זוהי פעולה לא קשה לביצוע שכן גם האלגוריתם הפשוט ביותר יכול לזהות מבנה פנים בסיסי. מערכות פשוטות יתבססו על מצלמת אינפרה אדום וזיהוי דו ממדי לזיהוי הפנים ומערכות חדשות ויקרות יותר ישתמשו בטכנולוגיות Visible light משולבות למידת מכונה וזיהוי תלת ממדי, לזיהוי משופר עם אפשרות זיהוי פנים מזויפות.

לפנים אנושיות יש מאפיינים קבועים שקל לתאר וניתוח תווי הפנים מתבצע ע"י מדידת יחסים ומרחקים בין איברי הפנים השונים. מרחק בין אוזניים, בין מרכז מצח לסנטר, שפתיים, אף, עיניים, ארובות העין, גבות, לסת... פעולות מתמטיות על כל האיברים הנ"ל והפנים שלנו הופכות למידע בינארי המאוחסן במחשב (Face print). 

שלבי הזיהוי הינם: 

1. איתור פנים בתמונה
2. מציאת נקודת מרכז פנים
3. מדידת תווי הפנים וחילוץ כל מידע אפשרי לזיהוי הפנים
4. השוואה למאגר קיים בזכרון

החסרונות במערכות הזולות והפשוטות הינם שזיהוי הפנים חייב להתבצע תמיד באותם תווי רקע בתמונה ובאותה תנוחה וזווית של הפנים. הבעיה, הידועה בשמה A-PIE, נובעת מארבעה מאפיינים בעייתיים:

1. Aging - גיל - עם השנים הפנים יכולות להשתנות.
2. Pose - תנוחה - לא תמיד אנחנו עומדים בדיוק באותה זווית ובאותה תנוחה שבה עמדנו בפעם הראשונה שהמחשב זיהה אותנו.
3. Illumination - תאורה - שינויים בתנאי תאורה יכולים להשפיע על זיהוי תווי הפנים.
4. Emotion - רגש - חיוך, כעס, צחוק, הרמת גבה, יכולים לשנות את תווי הפנים בצורה שבה המחשב לא יזהה אותנו.

בזכות טכנולוגיות ראייה ממוחשבת, למידת מכונה ולמידה עמוקה שנכנסו לשימוש בשנים האחרונות, היצרנים ממש מלמדים את האלגוריתם לזהות פנים. למידת מכונה מחקה את יכולת המוח האנושי ללמוד ולזהות פרצופים בעזרת רשתות עצביות ונוירונים מלאכותיים. האלגוריתם מוזן בעשרות אלפי פרצופים ובנתינת "ציון" למחשב(לאלגוריתם) היכן הוא טעה והיכן צדק, המחשב משתפר במשך הזמן. ככל שתהליך הלמידה ארוך יותר והמחשב מוזן ביותר ויותר תמונות, כך  הוא יזהה פנים בצורה טובה יותר. הטכנולוגיות החדשות יכולות לזהות פנים החל מחושך מוחלט ועד לשמש ישירה. מגנוני הזיהוי יודעים לשים דגש על אזורים בפנים שכמעט ואינם משתנים עם הזמן כמו ארובות העין, סנטר ואף. 

בניגוד לטכנולוגיות זיהוי פנים קודמות, אשר בהן המשתמש נדרש לעמוד ולהביט אל המצלמה, כיום, האלגוריתם יכול ללמוד ולזהות את תווי הפנים גם בתנוחות שונות ובזוויות שונות עד 30 מעלות לכל כיוון.

ואז הגיע הקורונה:

עקב הקורונה, בשנת 2020 חל מפנה ועלתה המודעות בתחום הנוכחות ובקרות הכניסה לזיהוי ביומטרי ללא מגע. בניגוד לזיהוי טביעת אצבע, בה יש צורך להניח את האצבע על משטח זכוכית אשר עלול לצבור ולהעביר חיידקים מאדם לאדם, זיהוי פנים מתבצע ללא מגע וממרחק של עד 2 מטרים מהבקר. המערכות החדשות מסוגלות לא רק לזהות פנים, אלא גם למדוד את חום המשתמש ולזהות האם המשתמש עוטה או לא עוטה מסיכה ולתת התראה בהתאם. האלגוריתמים התעדכנו בכדי לזהות פנים גם למשתמשים בעלי מסיכה ע"י התמקדות בחלק העליון של הראש ובשילוב של תמונת אינפרא אדום בנוסף לזיהוי הרגיל ולמרות שאיכות הזיהוי ירדה עקב כך(במספר אחוזים קטן), עדיין זוהי טכנולוגיית ה"ללא מגע" המתקדמת ביותר.

טכנולוגית זיהוי הפנים חודרת היום למגוון רחב של פתרונות זיהוי. אבטחה(בעיקר בנמלי תעופה), זיהוי לקוחות, הונאות אשראי, זיהוי קהל ועוד. טכנולוגיית זיהוי פנים מלווה אותנו מעל 10 שנים. נכון, בהתחלה הזיהוי היה, איך לומר... "בתחילת דרכו". אך בשנים האחרונות טכנולוגיית זיהוי הפנים השתפרה משמעותית. מאות חברות הזנק (סטארט-אפ) וביניהן חברות ישראליות רבות, משקיעות מיליוני דולרים בשיפור אלגוריתמים ביומטריים לזיהוי תווי פנים ובשנים האחרונות בזכות שילוב טכנולוגיות למידת מכונה (Machine learning), למידה עמוקה (Deep learning) וראייה ממוחשבת (Computer vision), זיהוי פנים הוא לא מה שהיה פעם.

קצב ההתפתחות בתחום כל כך מהיר ששיא הטכנולוגיה היום בערב תחשב לישנה כבר מחר בבוקר. חברות גדולות ומתקדמות מסוגלות כיום בעזרת זיהוי פנים לזהות רגשות ואפילו נטייה מינית של האנשים (כרגע רק ברמת מחקר אקדמי למזלנו) ולכן מתעוררת השאלה לגבי החדירה לפרטיות האזרח, על כך נרחיב בהזדמנות אחרת.

את מגוון פתרונות זיהוי הפנים של חברת ZKTeco ו-Suprema , ניתן למצוא בקטגוריות זיהוי פנים השונות באתר.